輪轂R區(qū)陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)研究

摘" 要：飛機(jī)輪轂R區(qū)是結(jié)構(gòu)材料厚薄變化的過渡區(qū)，容易發(fā)生應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中部位是裂紋的發(fā)源地，導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)件承載性能的降低，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的飛行安全。輪轂R區(qū)缺陷的檢測(cè)一直是無損檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，該文采用陣列渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)飛機(jī)輪轂R區(qū)裂紋缺陷開展檢測(cè)，通過設(shè)計(jì)并制作不同方向的裂紋試塊，分析陣列渦流成像特征；研究不同深度裂紋的成像變化規(guī)律，優(yōu)化檢測(cè)工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)激勵(lì)頻率為1 MHz，能有效檢出深度為0.2 mm的R區(qū)表面裂紋，并能對(duì)缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位，研究成果可用于指導(dǎo)飛機(jī)輪轂的工程實(shí)踐檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：輪轂R區(qū)；陣列渦流；激勵(lì)頻率；工藝；表面裂紋

中圖分類號(hào)：V267" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）07-0054-04

輪轂是飛機(jī)滑行、起飛、降落過程的主要承力部件，尤其在降落過程中機(jī)輪承受巨大的沖擊力和剎車產(chǎn)生的熱應(yīng)力。輪轂作為機(jī)輪的主要部件，其結(jié)構(gòu)完整性是保證飛機(jī)安全的關(guān)鍵因素。在大摩擦和交變高負(fù)荷的環(huán)境下，一旦輪轂存在裂紋，機(jī)輪上裂紋在氣體壓力和強(qiáng)大的沖擊力共同作用下擴(kuò)展延伸，導(dǎo)致輪胎爆裂、輪轂斷裂和機(jī)輪飛離機(jī)體等故障，嚴(yán)重威脅飛機(jī)的降落安全。因此對(duì)輪轂R區(qū)進(jìn)行定期的檢測(cè)[1-5]及缺陷進(jìn)行定位定量的評(píng)估變得十分重要。

針對(duì)輪轂的無損檢測(cè)方法目前主要有超聲波檢測(cè)[6-8]、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)等5種方式，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要根據(jù)檢測(cè)不同的工件材料和結(jié)構(gòu)對(duì)上述5種常規(guī)方式進(jìn)行選擇，有時(shí)還需要根據(jù)檢測(cè)的環(huán)境來進(jìn)行選擇。超聲檢測(cè)需要耦合劑，檢測(cè)效率低，且在原位檢測(cè)常常受結(jié)構(gòu)的干擾，滲透檢測(cè)只能檢測(cè)表面開口缺陷，相對(duì)于其他幾種檢測(cè)方式來說，渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)于輪轂的檢測(cè)更加適宜。渦流檢測(cè)技術(shù)具有價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單、無需耦合劑、適用于各種導(dǎo)電材料、能檢測(cè)表面以及工件近表面缺陷等特點(diǎn)，常規(guī)筆式單探頭掃查，檢測(cè)覆蓋范圍小，檢測(cè)效率低，對(duì)于曲率較大的面，貼合程度差，極易存在缺陷漏檢及誤判的風(fēng)險(xiǎn)，檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)波形特征，依賴檢測(cè)人員對(duì)信號(hào)分析判斷。為了提高檢測(cè)效率及解決缺陷漏檢等問題，因此開展陣列渦流成像檢測(cè)[9-12]研究，該技術(shù)的開展可實(shí)現(xiàn)一次掃查大面積的覆蓋檢測(cè)區(qū)域，缺陷呈三維顯示，檢測(cè)結(jié)果直觀，并能夠有效對(duì)缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

本文以輪轂R區(qū)為檢測(cè)對(duì)象，設(shè)計(jì)并制作人工缺陷對(duì)比試塊，研究不同方向、不同深度缺陷檢測(cè)成像的信號(hào)規(guī)律，提出缺陷成像的定位辨識(shí)方法；根據(jù)人工對(duì)比試塊缺陷的檢測(cè)信號(hào)，優(yōu)化檢測(cè)參數(shù)，分析不同頻率的缺陷成像信號(hào)特征；開展不同曲率面的陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)及檢測(cè)靈敏度的研究，修正陣列渦流的圖像處理方法，固化檢測(cè)工藝參數(shù)，推廣運(yùn)用至其他檢測(cè)對(duì)象。

1" 試驗(yàn)條件和檢測(cè)參數(shù)優(yōu)化

1.1" 輪轂試塊

對(duì)比樣件主要用于渦流檢測(cè)時(shí)靈敏度調(diào)整和比較、評(píng)價(jià)制件質(zhì)量符合性，針對(duì)實(shí)際檢測(cè)需求，并結(jié)合部件的檢測(cè)工況，在模擬件檢測(cè)區(qū)域設(shè)計(jì)加工裂紋缺陷，考慮裂紋不同方向和不同深度的影響，設(shè)計(jì)不同方向、不同深度的缺陷對(duì)比樣件，人工刻槽采用電火花加工。為研究不同深度的缺陷成像特征，設(shè)計(jì)缺陷方向?yàn)閺较蜓由?，長×寬×深分別為10×0.13×0.2 mm、10×0.13×0.5 mm、10×0.13×1 mm，實(shí)物如圖1（a）所示。為研究不同角度缺陷對(duì)渦流信號(hào)的影響，設(shè)計(jì)不同角度的缺陷，缺陷長×寬×深為10×0.13×0.2 mm，角度分別為0°、45°、90°，實(shí)物如圖1（b）所示。

1.2" 陣列渦流檢測(cè)參數(shù)的優(yōu)化

通過對(duì)輪轂R區(qū)試塊實(shí)施檢測(cè)，優(yōu)化成像檢測(cè)頻率，渦流陣列成像是基于一發(fā)一收結(jié)構(gòu)，1個(gè)線圈激發(fā)，隔行的相鄰2個(gè)線圈和同行1個(gè)間隔的線圈用于接收，激發(fā)頻率對(duì)于檢測(cè)靈敏度影響較大，為了更進(jìn)一步獲得較好的激發(fā)頻率，對(duì)裂紋進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，采用不同頻率對(duì)相同參數(shù)的裂紋實(shí)施檢測(cè)，試驗(yàn)頻率分別設(shè)置為200 Hz、500 Hz、1 MHz、1.2 MHz，分析各頻率的缺陷成像信號(hào)，根據(jù)缺陷成像的清晰度，進(jìn)而獲取最優(yōu)檢測(cè)頻率，實(shí)際檢測(cè)圖如圖2（a）所示，檢測(cè)結(jié)果圖如圖2（b）—（e）所示。

分析圖2檢測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)檢測(cè)頻率為1 MHz，裂紋信號(hào)成像最清晰，檢測(cè)信噪比高，對(duì)深度為0.2 mm的裂紋具有較高檢出靈敏度，而頻率為200 Hz、500 Hz、1.2 MHz，裂紋成像檢測(cè)信號(hào)模糊，干擾信號(hào)大，相位差區(qū)分不明顯，無法對(duì)裂紋進(jìn)行成像顯示。

為驗(yàn)證探頭檢測(cè)靈敏度符合工藝要求，在平板對(duì)比試塊上進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，鋁合金平板對(duì)比試塊如圖3（a）所示，第一組缺陷分別預(yù)制Φ5、Φ4、Φ3、Φ2 mm的盲孔，第二組缺陷參數(shù)為長為5 mm，寬0.13 mm，深分別為0.1、0.2、0.5、1 mm的長度刻槽，對(duì)不同深度的裂紋缺陷實(shí)施勻速掃查，直至對(duì)比試樣缺陷能夠清晰成像，陣列渦流檢測(cè)工藝參數(shù)見表1，對(duì)比試塊檢測(cè)結(jié)果如圖3（b）所示。

分析圖3檢測(cè)結(jié)果不難看出，檢測(cè)信噪比較高，缺陷成像清晰，通過調(diào)節(jié)相位旋轉(zhuǎn)，抑制了干擾信號(hào)，缺陷信號(hào)與干擾信號(hào)呈現(xiàn)一定的相位差，對(duì)深0.2 mm的缺陷有較好的檢出靈敏度。當(dāng)檢測(cè)線圈運(yùn)行到缺陷的正上方，且隨著缺陷徑向深度的增加，檢測(cè)幅值與相位幅值隨之增加，根據(jù)幅值與相位信號(hào)任一特征可精準(zhǔn)對(duì)缺陷進(jìn)行定位。

2" 開展陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)研究

2.1" 不同深度裂紋的陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)

為了研究裂紋不同深度的成像檢測(cè)信號(hào)特征，采用優(yōu)化后的檢測(cè)參數(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輪轂R角裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)，R角裂紋參數(shù)：長10 mm，寬0.13 mm，深分別為0.2、0.5、1 mm，檢測(cè)過程中，探頭勻速緊貼檢測(cè)工件，通過調(diào)節(jié)橫向與軸向的掃查模式，檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)三維顯示，并調(diào)整濾波方式，進(jìn)而提高檢測(cè)信噪比，檢測(cè)結(jié)果如圖4（b）所示。

由圖4檢測(cè)結(jié)果可得，不同深度缺陷，檢測(cè)信號(hào)幅值呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，缺陷深度越大，對(duì)于渦流場(chǎng)的擾動(dòng)越劇烈，檢測(cè)幅值與實(shí)際裂紋缺陷參數(shù)成正比，通過調(diào)節(jié)中值濾波模式，濾除噪音信號(hào)的干擾，三維成像分辨率高，對(duì)于裂紋深度為0.2 mm的缺陷有較高的檢出靈敏度，根據(jù)缺陷成像特征可精準(zhǔn)對(duì)缺陷進(jìn)行定位。

2.2" 不同角度裂紋的陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)

為了研究裂紋不同角度的成像檢測(cè)信號(hào)特征，對(duì)裂紋參數(shù)：長10 mm，寬0.13 mm，深為0.2 mm裂紋角度分別為0°、45°、90°的輪轂R區(qū)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)過程中，探頭始終勻速緊貼檢測(cè)工件，檢測(cè)結(jié)果如圖5（b）所示。

由圖5檢測(cè)結(jié)果可得，裂紋角度為0°對(duì)渦流場(chǎng)的擾動(dòng)最大，三維成像顯著，裂紋角度為45°對(duì)渦流場(chǎng)的擾動(dòng)較大，裂紋角度為90°對(duì)渦流場(chǎng)擾動(dòng)最小，對(duì)90°角裂紋檢出靈敏度較低，而實(shí)際檢測(cè)過程中，裂紋的方向具有不確定性，針對(duì)90°角裂紋檢測(cè)，缺陷信號(hào)與干擾信號(hào)相位差較小，無法明顯區(qū)分缺陷信號(hào)。后續(xù)需從激勵(lì)頻率及濾波模式進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)制作仿形掃查裝置，調(diào)整裂紋的相位旋轉(zhuǎn)模式，對(duì)橫向及縱向裂紋具有較好的綜合檢出靈敏度。

由于裂紋的存在，使其該區(qū)域的電導(dǎo)率發(fā)生了變化，而缺陷的幾何缺失是固定的，僅有缺陷周圍的電導(dǎo)率影響渦流的變化，阻抗信號(hào)的幅值與相位的改變均為電導(dǎo)率的變化所致。一方面是由于電導(dǎo)率改變引起探頭的檢測(cè)電壓變化，另一方面探頭所經(jīng)過區(qū)域的渦流滲透深度隨該區(qū)域的電導(dǎo)率變化而改變，裂紋信號(hào)成像圖本質(zhì)是電導(dǎo)率變化的表現(xiàn)。

3" 試驗(yàn)結(jié)論

為提高輪轂R區(qū)缺陷的檢測(cè)效率，基于渦流檢測(cè)理論，開展了輪轂R區(qū)陣列渦流檢測(cè)試驗(yàn)研究，優(yōu)化了檢測(cè)參數(shù)，并對(duì)不同深度、不同角度的裂紋實(shí)施檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)論如下。

1）試驗(yàn)結(jié)果表明檢測(cè)頻率為1 MHz時(shí)，裂紋信號(hào)成像最清晰，檢測(cè)信噪比高。

2）可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂R區(qū)裂紋的檢測(cè)，能有效檢測(cè)深度為0.2 mm的裂紋，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋缺陷精準(zhǔn)的定位。

3）采用陣列渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)輪轂R區(qū)缺陷的檢測(cè)是可行的，且檢測(cè)靈敏度較高。針對(duì)輪轂R區(qū)不同深度的裂紋，隨著裂紋深度的增加，檢測(cè)幅值與相位特性呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。

4）對(duì)90°角裂紋檢測(cè)，缺陷信號(hào)與干擾信號(hào)相位差較小，無法明顯區(qū)分缺陷信號(hào)，后續(xù)需從激勵(lì)頻率及濾波方式等參數(shù)進(jìn)一步研究。

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Abstract： The R-zone of the aircraft hub is a transition zone where the thickness of structural materials changes， which is prone to stress concentration. The stress concentration part is the origin of cracks， which leads to a reduction in the load-bearing performance of aircraft structural parts and seriously threatens the flight safety of the aircraft. The detection of defects in the R-zone of wheel hubs has always been a hot issue in the field of non-destructive testing. In this paper， array eddy current testing technology is used to detect crack defects in the R-zone of aircraft hubs. By designing and manufacturing crack test blocks in different directions， the array eddy current imaging characteristics are analyzed; Study the changing laws of imaging cracks with different depths and optimize the inspection process parameters. The test results show that when the excitation frequency is 1 MHz， surface cracks in the R-zone with a depth of 0.2 mm can be effectively detected and the defects can be accurately positioned. The research results can be used to guide the engineering practice inspection of aircraft hubs.

作者簡(jiǎn)介：蔣詩超（1991-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)殡姶艧o損檢測(cè)新技術(shù)。